一種基于掃描儀的機器人手眼標定方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及工業機器人技術領域，尤其設及一種基于掃描儀的機器人手眼標定方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著現代工業和機器人技術的發展，機器人在工業方面的應用也越來越廣，然后 由于機器人本身的剛性不足，重復定位精度和絕對定位精度不高等問題，導致機器人加工 高精密零件的精度不高，無法滿足工件的質量要求。機器人本身的精度不高是目前的機器 人普遍存在的問題，還沒有很好的解決方案，因此通過提高機器人本身的精度來提高加工 的質量是行不通的，只能通過減少機器人加工過程中產生的各種誤差來提高加工的質量。 運些外部的誤差主要包括加工誤差、裝配誤差、調試誤差等，也會造成機器人的定位精度相 對重復定位精度較低，一般在2cm到3cm范圍。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于通過提出一種基于掃描儀的機器人手眼標定方法，來解決W上
【背景技術】部分提到的問題。
[0004] 為達此目的，本發明采用W下技術方案： 陽〇化]一種基于掃描儀的機器人手眼標定方法，其包括如下步驟：
[0006] S101、建立機器人末端工具坐標系相對于機器人基座標系的變換矩陣；
[0007] S102、建立掃描儀坐標系相對于機器人的基座標系的變換矩陣；
[0008] S103、通過步驟S101、步驟S102計算結果，建立掃描儀坐標系與機器人末端工具 坐標系之間的關系，完成機器人基于掃描儀的定位精度的標定。
[0009] 特別地，所述步驟S102包括：通過機器人加持不同半徑的標準球在掃描儀的可視 區域進行移動，計算獲得掃描儀坐標系相對機器人的基座標系的旋轉矩陣和平移矩陣。
[0010] 特別地，所述步驟S102具體包括：將掃描儀固定在機器人本體W外的固定位置， 機器人加持標準球，在掃描儀的可視區域內進行移動W構造。、Cb兩個坐標系之間的關系， 根據掃描儀獲取的標準球表面的弧線W及球屯、相對于激光平面的上下位置得到標準球球 屯、在掃描儀坐標系。中的固定位置，構建掃描儀坐標系Cg與機器人基座標系Cb的關系；標 定旋轉矩陣=
[0011] 標準球球屯、在掃描儀坐標系。中的固定位置計算過程如下：
[0012] 一、獲得激光條紋所在位置的圓弧上的點數據；
[001引二、根據獲得的所述點數據擬合得到一個掃描儀XY平面內的圓，計算圓屯、 0(0、，0,)及圓的半徑r;計算圓弧與標準球赤道平面的距離：=n/知-r2
[0014]S、掃描儀坐標系內的球屯、坐標為：
[0015]
[0016] 使用另一半徑的標準球來標定平移矩陣：在標定旋轉矩陣的過程中，當操作機器 人使標準球位于掃描儀視野范圍內的時，存在如下關系式：
[0017]
[0018] 即：妒1(作>-6灰。+ '式。）=>，其中：
[0019] Sp表示標準球表面某一點在掃描儀坐標系空間中的坐標.
[0020] bps。表示掃描儀坐標系相對于機器人基座標系的平移矩陣.
[0021] ，6及表示掃描儀坐標系相對于機器人基座標系的旋轉矩陣；
[0022] bp。。表示機器人末端工具坐標系相對于機器人基座標系的平移矩陣.
[0023] f取表示機器人末端工具坐標系相對于機器人基座標系的旋轉矩陣；
[0024] 6p表示標準球表面sp對應的點在機器人末端工具坐標系中的坐標. W25] 在標定過程中，標準球與機器人末端工具坐標系之間的固定位置關系固 定，故點6p對應的球屯、固定，所W可通過多個式獲得市，它們擬合的球屯、都是標準 球的球屯、在機器人末端工具坐標系中的坐標，設為0。;在保持不變的情況下，式 妒1(作巧,。+ 6化。）= > 中（次+V.、。）可擬合得到球心因bps。為未知常 量，（作>-6化。）可擬合得到球屯、，記為在坐標系在姿態上與機器人基座標 系保持一致，原點與機器人末端工具坐標系保持bpg。的平移；0^^與0。具有如下關系： 八。）二;由于化是未知的，且汝1、0J1機器人姿態相關，"口5。有；個未知 參數，所W需構造=個等式獲得bp,。，即需要四個不同機器人姿態下構成=個方程W獲得bpsO:
W29] 由此可解得平移矩陣bpg。。
[0030] 本發明提出的基于掃描儀的機器人手眼標定方法完成了機器人基于掃描儀的定 位精度的標定，w此來計算掃描儀相對于機器人的固定位置關系，從而再利用掃描儀來對 機器人末端加持工具進行掃描，得到機器人末端的工具相對于機器人末端坐標系的實際位 置，克服由于安裝等技術操作上的不精確而產生的誤差，使得標定后的工業機器人能夠在 不同的場合完成對工件的精確掃描，從而對工件進行精確的加工，提高了加工的精度。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發明提供的基于掃描儀的機器人手眼標定系統原理圖；
[0032]圖2為本發明的基于掃描儀的機器人手眼標定系統坐標系關系圖；
[0033] 圖3為本發明提供的基于掃描儀的機器人手眼標定方法流程圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。可W理解的是，此處所描述的具 體實施例僅僅用于解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描 述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部內容。
[0035] 請參照圖1所示，圖1為本發明提供的基于掃描儀的機器人手眼標定系統原理圖， 圖中101為機器人，102為工件，103為掃描儀，104為機器人的基座。根據掃描儀安裝位置 的不同，手眼系統分為兩種類型。一種是Eye-in-hand，在該類型的手眼系統中，掃描儀固定 在機器人的末端，掃描儀跟隨機器人末端運動。視覺引導系統是該類系統應用的典型代表， 在視覺引導系統中，掃描儀通過對工件表面的特征識別，引導機器人運動到準確的固定位 置來完成任務。另一種是Eye-to-hand，在該類型的手眼系統中，掃描儀固定在機器人本體 W外的固定位置，二者空間位置上相互獨立。由于機器人運動過程的一些不可控因素，第二 種Eye-to-hand方式更加實用，本發明也是基于第二種方式。如圖2所示，圖2為本發明的 基于掃描儀的機器人手眼標定系統坐標系關系圖，圖中201為機器人末端工具坐標系，202 為工件坐標系，203為掃描儀坐標系，204為機器人的基座標系。
[0036] 如圖3所示，本實施例中基于掃描儀的機器人手眼標定方法具體包括：
[0037]S301、建立機器人末端工具坐標系相對于機器人基座標系的變換矩陣。
[0038]S302、建立掃描儀坐標系相對于機器人的基座標系的變換矩陣。
[0039]S303、通過步驟S301、步驟S302計算結果，建立掃描儀坐標系與機器人末端工具 坐標系之間的關系，完成機器人基于掃描儀的定位精度的標定。
[0040] 通過手眼標定建立機器人與掃描儀之間的坐標系關系。在Eye-to-hand方式中， 機器人運動過程中，掃描儀坐標系相對于機器人末端工具坐標系的關系是實時變化的，無 法建立固定的坐標系關系。但是相對于機器人基坐標系之間的關系是固定不變的，可W建 立固定的坐標系關系，因此在Eye-to-hand中，手眼標定的是機器人基坐標系和掃描儀坐 標系之間的坐標系關系。
[0041] 本發明過程中的標定是一種借助于標定球的手眼標定方法，從而找到掃描儀坐標 系相對于機器人末端坐標系之間的關系，W此再對機器人末端加持的工件進行掃描，從而 就可W根據手眼標定方法的結果來得到工件相對于機器人末端坐標系的實際位置關系，從 而就可W消除在裝夾、調試等過程中產生的誤差，提高工件的加工精度。
[00創 W坐標系{A}、腳為例，在機器人工作空間中兩個坐標系{A}和腳之間的關系 主要為位置偏移和姿態旋轉，位置偏移是指坐標系原點的偏移，用平移向量（平移矩陣）Ape。表示。姿態旋轉是指坐標系坐標軸之間的旋轉關系，一般用旋轉矩陣巧表示。坐標系 {B}中的點Bp向坐標系{A}轉換可W表示為：V 仇。；于是標定過程就分為旋轉 矩陣的標定和平移矩陣的標定，而手眼標定的任務就是得到。向Cb轉換的平移向量bpg。和 旋轉矩陣鴻。
[0043] 通過機器人加持不同半徑的標準球在掃描儀的可視區域進行移動，計算獲得掃描 儀坐標系相對機器人的基座標系的旋轉矩陣和平移矩陣。機器人加持標準球，在掃描儀的 可視區域內進行移動W構造。、Cb兩個坐標系之間的關系，根據掃描儀獲取的標準球表面 的弧線W及球屯、相對于激光平面的上下位置得到標準球球屯、在掃描儀坐標系。中的固定 位置，構建掃描儀坐標系。與機器人基座標系Cb的關系。標定旋轉矩陣，墻
[0044] 標準球球屯、在掃描儀坐標系。中的固定位置計算過程如下：
[0045](1)、獲得激光條紋所在位置的圓弧上的點數據；
[0046] (2)、根據獲得的所述點數據擬合得到一個掃描儀XY平面內的圓，計算圓屯、 〇(〇、，〇,)及圓的半徑r;計算圓弧與標準球赤道平面的距離：沁=~-r2 ；
[0047] (3)、掃描儀坐標系內的球屯、坐標為：
[0048]
[0049] 使用另一半徑的標